过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种过滤膜，其包括一碳纳米管薄膜，其中，该碳纳米管薄膜中包括多个线状碳纳米管，且多个线状碳纳米管相互缠绕形成孔径小于１０纳米的微孔结构。一种过滤膜的制备方法，具体包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列形成于一基底上，且该碳纳米管阵列中包括多个相互缠绕的线状碳纳米管；使上述碳纳米管阵列从基底脱离，得到一碳纳米管原料；将上述碳纳米管原料添加到溶剂中并进行絮化处理获得碳纳米管絮状结构；以及将上述碳纳米管絮状结构从溶剂中分离，并对该碳纳米管絮状结构定型处理形成一碳纳米管薄膜，从而获得一过滤膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种基于碳纳米管的过 滤膜及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型石友材料，由日本研究人员 Iijima在1991年发现，请参见"Helical Microtubules of Graphitic Carbon", S. Iijima, Nature, volJ54， p% (1991)。碳纳米管具有极大的长径比(其长度在微 米量级以上，直径只有几个纳米或几十个纳米)，具有独特的力学性能，如 抗张强度达100千兆帕，模量高达1800千兆帕，且耐强酸、强碱，600。C以 下基本不氧化，这些特性使得碳纳米管成为 一种优良的过滤材料。现有技术中，采用碳纳米管制备的过滤膜包括一过滤基底以及设置于该 过滤基底上的碳纳米管薄膜，且该碳纳米管薄膜中包括多个分散且无序排列 的枝状碳纳米管。请参见图1,该枝状碳纳米管为T形、Y形、H形或其它 形状，每个枝状碳纳米管包括至少一节点10。该枝状碳纳米管与邻近的碳纳 米管通过范德华力结合，形成网络结构。该过滤膜的制备方法具体包括以下 步骤提供一碳纳米管原料，且该碳纳米管原料为枝状碳纳米管；将该碳纳 米管原料氧化，以利于分散于溶剂中；将氧化后的碳纳米管原料分散于一溶 剂中形成一悬浮液；采用 一过滤装置过滤上述悬浮液得到 一碳纳米管薄膜预 制体；将碳纳米管薄膜预制体在真.空条件下烘干形成一碳纳米管薄膜；将该 碳纳米管薄膜剥离，并设置于一过滤基底上，得到一过滤膜。然而，现有的过滤膜，由于该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为枝状结构， 使得制备的过滤膜韧性和自支撑性较差，使用时必须设置在一过滤基底上。 而且，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管直径较大(一般大于15纳米)，使得制 备的过滤膜中的微孔孔径较大，过滤效果较差。另外，现有技术制备过滤膜 时，枝状碳纳米管在溶剂中分散性差，要对碳纳米管进行氧化处理，以利于 分散于溶剂中，且通过真空烘干的方法制备碳纳米管薄膜，条件较为复杂，不便操作，成本较高。有鉴于此，确有必要提供一种韧性和自支撑性较好，过滤效果较佳且易 于制备的。
技术实现思路
一种过滤膜，其包括一碳纳米管薄膜，其中，该碳纳米管薄膜中包括多 个线状碳纳米管，且多个线状碳纳米管相互缠绕形成孔径小于10纳米的微孔 结构。一种过滤膜的制备方法，具体包括以下步骤提供一碳纳米管阵列形成于一基底上，且该碳纳米管阵列中包括多个相互缠绕的线状碳纳米管；使上 述碳纳米管阵列从基底脱离，得到一碳纳米管原料；将上述碳纳米管原料添 加到溶剂中并进行絮化处理获得碳纳米管絮状结构；以及将上述碳纳米管絮 状结构从溶剂中分离，并对该碳纳米管絮状结构定型处理形成一碳纳米管薄 膜，从而获得一过滤膜。相较于现有技术，所述的过滤膜包括一碳纳米管薄膜，且该碳纳米管薄 膜中包括相互缠绕的线状碳纳米管，线状碳纳米管之间通过范德华力相互吸 引、缠绕，形成网络状结构，因此该碳纳米管薄膜具有更好的韧性。而且， 该过滤膜中包括孔径小于10纳米的微孔结构，具有更佳的过滤效果。附图说明图1为现有技术的碳纳米管过滤膜中的碳纳米管薄膜中的不同形状的枝 状碳纳米管。图2为本技术方案实施例的过滤膜的结构示意图。图3为本技术方案实施例的过滤膜中的碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。图4为本技术方案实施例的过滤膜制备方法流程图。图5为本技术方案实施例获得的碳纳米管絮状结构的照片。图6为本技术方案实施例获得的预定形状的碳纳米管薄膜的照片。具体实施例方式以下将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。请参阅图2，本技术方案实施例提供一种过滤膜20,该过滤膜20包括一过 滤基底22以及设置于该过滤基底22至少一表面的碳纳米管薄膜24。所述过滤基底22为一具有微孔结构的基板，如具有微孔的陶瓷片或纤 维聚合物板。该过滤基板22的微孔孔径小于4微米。本实施例中，过滤基底22 优选为具有微孔的陶瓷片。该过滤基底22用来支撑碳纳米管薄膜24,使该过 滤膜20使用方便，且可以减小碳纳米管薄膜24使用时承受的张力，延长其使 用寿命。1.所述碳纳米管薄膜24可以设置于过滤基底22的上表面或下表面，也可以同 时设置于过滤基底22的两个表面。该碳纳米管薄膜24可直接压制在过滤基 底22表面、采用粘结剂粘结在过滤基底22表面或直接形成于过滤基底22表 面。该碳纳米管薄膜24的厚度大于10微米。请参阅图3，该碳纳米管薄膜 24中包括多个相互缠绕的线状碳纳米管，且多个线状碳纳米管各向同性， 均匀分布，无规则排列，形成大量的微孔结构。该碳纳米管薄膜24中，微 孔孔径小于100纳米，优选的，微孔孔径小于10纳米。所述线状碳纳米管 之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，使得该碳纳米管薄 膜24具有很好的韧性，可以用来制作各种形状的过滤膜20。本实施例中， 该线状碳纳米管为一单根碳纳米管。该单根碳纳米管长度大于10微米，优 选为长度大于100微米，且该单根碳纳米管直径小于15纳米。所述的单根 碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。 所述碳纳米管薄膜24面积不限，可依据碳纳米管薄膜24的制备方法控制。 并且依据实际需要切割成任意形状。优选地，本实施例中，碳纳米管薄膜24 为一正方形，边长为1厘米 10厘米，厚度为1(M敖米 1毫米。可以理解，本实 领域技术人员可根据实际应用制备不同面积与厚度的碳纳米管薄膜24，以利 于应用于不同面积的过滤膜20，扩大其应用范围。可以理解，本实施例中过滤膜20的过滤基底22为可选择的结构，即，本 实施例中的过滤膜20可仅包括碳纳米管薄膜24。由于碳纳米管薄膜24中包括 多个相互缠碳的线状碳纳米管，且碳纳米管薄膜24具有一定厚度，所以该碳 纳米管薄膜24本身已经具有一定的自支撑性及韧性，实际应用时，可直接将 该碳纳米管薄膜24作为过滤膜20使用。本实施例中提供的过滤膜20中，由于碳纳米管薄膜24中包括多个直径小于15纳米的线状碳纳米管，多个线状碳纳米管各向同性，均勻分布，无规则 排列，形成大量的微孔结构，且微孔孔径小于100纳米，所以具有较好的过滤 效果。请参阅图4，本技术方案实施例进一步提供上述过滤膜20的制备方法， 其具体包括以下步骤步骤一，提供一碳纳米管阵列形成于一基底上，且该碳纳米管阵列中包 括多个相互缠绕的线状碳纳米管。本实施例中，碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步 骤包括(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形 成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表 面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni) 或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700 90CTC 的空气中退火约30分钟 90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保 护气体环境下加热到500~740°C，然后通入石友源气体反应约5~30分钟，生 长得到碳纳米管阵列，其高度大于IOO微米。该碳纳米管阵列为多个彼此平 行且垂直于基底生长的线状碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列，由于生成的线 状碳纳米管长度较长，部分线状碳纳米管会相互缠绕。通过上述控制生长条 件，该碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤膜，其包括一碳纳米管薄膜，其特征在于，该碳纳米管薄膜中包括多个线状碳纳米管，且多个线状碳纳米管相互缠绕形成孔径小于１０纳米的微孔结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长洪，王鼎，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]